矿用液氮防灭火装置及其使用方法.pdf

本发明公开了一种矿用液氮防灭火装置，包括液氮罐槽车、主管道、低温液体泵和液氮气化装置；其中，主管道的一端与所述液氮罐槽车连接，其另一端上连接有第一供给管路；所述低温液体泵的输入端连接在所述主管道上，所述低温液体泵的输出端还连接有第二供给管路，所述第二供给管路的管路主体部位于所述液氮气化装置内，所述第二供给管路的末端伸出于所述液氮气化装置；所述液氮气化装置上设置有用于对所述管路主体部降温的排风扇；所述第一供给管路上设置有第一控制阀，所述第二供给管路上设置有第二控制阀，所述主管道上设置有主控制阀。本发明还公开了一种采用上述矿用液氮防灭火装置进行防灭火的使用方法。

权利要求书
1.  一种矿用液氮防灭火装置，其特征在于，包括液氮罐槽车、主 管道、低温液体泵和液氮气化装置；
其中，主管道的一端与所述液氮罐槽车连接，其另一端上连接有第 一供给管路；
所述低温液体泵的输入端连接在所述主管道上，所述低温液体泵的 输出端还连接有第二供给管路，所述第二供给管路的管路主体部位于所 述液氮气化装置内，所述第二供给管路的末端伸出于所述液氮气化装 置；
所述液氮气化装置上设置有用于对所述管路主体部降温的排风扇；
所述第一供给管路上设置有第一控制阀，所述第二供给管路上设置 有第二控制阀，所述主管道上设置有主控制阀。

2.  根据权利要求1所述的一种矿用液氮防灭火装置，其特征在于， 所述管路主体部由多个U形管顺次连接形成。

3.  根据权利要求1所述的一种矿用液氮防灭火装置，其特征在于， 所述排风扇通过连接管与待防灭火区的井下压风系统连通。

4.  根据权利要求3所述的一种矿用液氮防灭火装置，其特征在于， 所述液氮气化装置上设置有通过通气管道连接在一起的至少两个所述排 风扇，所述通气管道与所述连接管连接。

5.  根据权利要求1所述的一种矿用液氮防灭火装置，其特征在于， 所述第一供给管路的末端具有多个喷嘴。

6.  根据权利要求1所述的一种矿用液氮防灭火装置，其特征在于， 所述低温液体泵和液氮气化装置上均设置有自锁支撑座。

7.  根据权利要求1所述的一种矿用液氮防灭火装置，其特征在于， 所述第一供给管路上设置有第一压力表；
所述第二供给管路上位于所述低温液体泵和所述液氮气化装置之间 设置有第二压力表，所述第二供给管路上位于所述第二供给管路的末端 与所述液氮气化装置设置有第三压力表。

8.  一种采用权利要求1所述的矿用液氮防灭火装置进行防灭火的使 用方法，其包括如下步骤：
步骤1：打开主控制阀；
步骤2：若使用液氮进行防灭火，则开启第一供给管路上的第一控 制阀，液氮经由所述第一供给管路喷出，以进行防灭火；
若使用气氮进行防灭火，则开启第二供给管路上的第二控制阀，液 氮从低温液体泵流入所述第二供给管路内，并在液氮气化装置内气化， 液氮气化为气氮，同时，排风扇对管路主体部进行降温，气氮经所述第 二供给管路的末端喷出，以进行防灭火。

9.  根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于，若既需要使用液 氮进行防灭火，又需要使用气氮进行防灭火，则保持开启所述第一控制 阀和所述第二控制阀。

说明书矿用液氮防灭火装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及液氮防灭火技术领域，尤其涉及一种用于煤矿中采用液 氮灭火的矿用液氮防灭火装置及其使用方法。
背景技术
在煤矿开采过程中，随着采深加大，地温升高，地温接近50℃时， 会造成煤的初期氧化条件，且对散热不利，高温持续不下降，实际自然 发火期将缩短，温度没有散发性，这就导致自然发火危险性增大。由于 地温高，需要加大工作面风量来降温，但是由于其技巧的难控制性和工 作的复杂危险性，加大了工作面风量，于是会增大采空区的漏风，同时 采空区的热压差将增大，带来了严重的安全隐患。煤的自燃火灾又会增 加热害的危害性。
基于现有火灾灾害解决方案操作复杂和难以控制，液氮技术基于液 态氮本身体积小、易于贮运的特点，充分发挥液氮抑爆、窒息、冷却等 多种作用，采用直接向防灭火区注洒液氮以及液氮汽化为气氮向防灭火 区注入的方法，可广泛应用于煤矿井下自燃火灾及外因火灾的处理，具 有可防可灭且灭火后易于恢复的特点。液氮防灭火技术具有汽化降温、 惰化火区、置换有害气体等多种优势。但是目前防灭火装置多为单一防 灭火和单一汽化降温的形式，缺乏一种防灭火、降温一体化装置来实现 氮气的高效防灭火和工作空间降温的功能，这也是液氮防灭火技术亟待 解决的一个问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种集液氮防灭火、 气氮防灭火，并能够对工作区进行降温的矿用液氮防灭火装置及其使用 方法。
本发明技术方案提供一种矿用液氮防灭火装置，包括液氮罐槽车、 主管道、低温液体泵和液氮气化装置；其中，主管道的一端与所述液氮 罐槽车连接，其另一端上连接有第一供给管路；所述低温液体泵的输入 端连接在所述主管道上，所述低温液体泵的输出端还连接有第二供给管 路，所述第二供给管路的管路主体部位于所述液氮气化装置内，所述第 二供给管路的末端伸出于所述液氮气化装置；所述液氮气化装置上设置 有用于对所述管路主体部降温的排风扇；所述第一供给管路上设置有第 一控制阀，所述第二供给管路上设置有第二控制阀，所述主管道上设置 有主控制阀。
进一步地，所述管路主体部由多个U形管顺次连接形成。
进一步地，所述排风扇通过连接管与待防灭火区的井下压风系统连 通。
进一步地，所述液氮气化装置上设置有通过通气管道连接在一起的 至少两个所述排风扇，所述通气管道与所述连接管连接。
进一步地，所述第一供给管路的末端具有多个喷嘴。
进一步地，所述低温液体泵和液氮气化装置上均设置有自锁支撑 座。
进一步地，所述第一供给管路上设置有第一压力表；所述第二供给 管路上位于所述低温液体泵和所述液氮气化装置之间设置有第二压力 表，所述第二供给管路上位于所述第二供给管路的末端与所述液氮气化 装置设置有第三压力表。
本发明技术方案还提供一种采用上述矿用液氮防灭火装置进行防灭 火的使用方法，其包括如下步骤：步骤1：打开主控制阀；步骤2：若使 用液氮进行防灭火，则开启第一供给管路上的第一控制阀，液氮经由所 述第一供给管路喷出，以进行防灭火；若使用气氮进行防灭火，则开启 第二供给管路上的第二控制阀，液氮从低温液体泵流入所述第二供给管 路内，并在液氮气化装置内气化，液氮气化为气氮，同时，排风扇对管 路主体部进行降温，气氮经所述第二供给管路的末端喷出，以进行防灭 火。
进一步地，若既需要使用液氮进行防灭火，又需要使用气氮进行防 灭火，则保持开启所述第一控制阀和所述第二控制阀。
采用上述技术方案，具有如下有益效果：
本发明提供的矿用液氮防灭火装置及其使用方法，集液氮灭火、气 氮灭火和降温功能于一体。可实现液氮高效防灭火的优势，同时由于液 氮气化成为气氮，吸收大量热量，能够实现在工作空间、采空区降温的 功能，并可采用气氮进行惰性防灭火，高效利用液氮了在煤矿井下降温 和防灭火的优势。
附图说明
图1为本发明提供的矿用液氮防灭火装置的结构示意图；
图2为管路主体部的结构示意图；
图3为图2所示的管路主体部中U形管的示意图；
图4为排风扇安装示意图；
图5为排风扇与通气管道、连接管连接示意图。
附图标记对照表：
1-液氮罐槽车；        2-低温液体泵；      3-液氮气化装置；
4-排风扇；            41-通气管道；       42-连接管；
43-通气直角管；       5-主管道；          51-主控制阀；
52-三通阀；           6-第一供给管路；    62-第一压力表；
63-喷嘴；             7-第二供给管路；    71-管路主体部；
710-U形管；           72-末端；           73-第二控制阀；
74-第二压力表；       75-第三压力表；     8-自锁支撑座；
10-低温气化降温装置； 100-待防灭火区。
具体实施方式
下面结合附图来进一步说明本发明的具体实施方式。其中相同的零 部件用相同的附图标记表示。本发明中涉及的“液氮”为液体氮气； “气氮”为气态氮气，也即是氮气。
如图1所示，本发明一实施例提供的一种矿用液氮防灭火装置，包 括液氮罐槽车1、主管道5、低温液体泵2和液氮气化装置3。
其中，主管道5的一端与液氮罐槽车1连接，其另一端上连接有第 一供给管路6。
低温液体泵2的输入端连接在主管道5上，低温液体泵2的输出端 还连接有第二供给管路7，第二供给管路7的管路主体部71位于液氮气 化装置3内，第二供给管路7的末端72伸出于液氮气化装置3。液氮气 化装置3上设置有用于对管路主体部71降温的排风扇4。
第一供给管路6上设置有第一控制阀61，第二供给管路7上设置有 第二控制阀73，主管道5上设置有主控制阀51。
本发明提供的一种矿用液氮防灭火装置，用于将矿井下液氮防灭火、 降温集于一体，进行利用，适用于矿井下工作面高温处理和高温氧化区 的防灭火和降温工作。
该矿用液氮防灭火装置包括液氮罐槽车1、主管道5、低温液体泵2 和液氮气化装置3。
液氮罐槽车1，用于储存液氮，并运输液氮的车，其通过液氮罐存 储液氮。
主管道5用于将液氮罐槽车1内的液氮输送给第一供给管路6和/或 第二供给管路7。
低温液体泵2，为用来输送低温液体(液氮)的泵，它的用途是，在 将低温液氮从压力低的场所输送到压力高的场所，也即是对液氮进行保 温加压之后，利于液氮喷出进行防灭火。
低温液体泵(简称低温泵)是在石油、空分和化工装置中用来输送 低温液体(如液氧、液氮、液氩、液态烃和液化天然气等)的泵，它的 用途是将低温液体从压力低的场所输送到压力高的场所。随着空分技术 的发展，低温液体得到了广泛的应用及发展。其在空分设备中的只要作 用为：用于液体循环；或是从贮槽抽取液体并将其压入汽化器，汽化后 送给用户。
液氮气化装置3用来将液氮进行气化，使其转变为气氮，采用气氮 进行惰性防灭火。气氮灭火的好处为液氮在气化过程中，会吸收大量的 热量，可快速冷却采空区环境温度，大大缩短采空区浮煤氧化的时间， 同时延长采空区浮煤自然发火的周期。
液氮气化装置3作用是利用液氮汽化吸热原理，布置在液氮气化装 置3中的低温汽化片与管路主体部710在工作空间内进行交换热量，实 现工作空间的降温需求，低温汽化片数量可根据空间需要进行增加来控 制工作面的作业温度。
液氮气化装置3上设置有用于对管路主体部71降温的排风扇4。具 体地，排风扇4安装在低温气化片的外罩上，利用待防灭火区100中的 井下的压风系统提供动力，加快井下高温作业空间的热量交换，实现零 电耗无环境污染散热降温。
主管道5的一端与液氮罐槽车1连接，其另一端与第一供给管路6 连接。低温液体泵2的输入端连接在主管道5上，低温液体泵2的输出 端还连接有第二供给管路7。从而可以通过主管道5将液氮输送给第一 供给管路6和/或第二供给管路7。为了控制主管道开启与关闭，在主管 道5上设置有主控制阀51。
为了便于连接，可将主管道5、第一供给管路6、低温液体泵2的输 入端通过三通阀52连接。主控制阀51设置在三通阀52的上游，以实现 总体控制。
在第一供给管路6上设置第一控制阀61，以控制其开启与关闭，第 一供给管路6的末端优选地布置在待防灭火区100内。
当需要液氮防灭火时，开启主控制阀51和第一控制阀61，即可将 液氮输送至待防灭火区100内，进行防灭火。
在第二供给管路7上设置第二控制阀73，以控制其开启与关闭。第 二供给管路7的管路主体部71位于液氮气化装置3内。在液氮气化装置 3的作用下，管路主体部71内的液氮气化为气氮。同时排风扇4还可以 对管路主体部71进行降温。汽化后的气氮(氮气)经末端72排入待防 灭火区100(采空区高温氧化区)进行惰化灭火。
上述低温液体泵2、液氮气化装置3和排风扇4组成了用于对液氮进 行降温气化的低温气化降温装置。
由此，本发明提供的矿用液氮防灭火装置，将液氮防灭火、气氮防 灭火和降温功能集于一体，既可以单独使用液氮防灭火，也可以使用气 氮防灭火，还可以同时气氮和液氮进行防灭火，能够满足不同的需求， 有效提高液氮的防灭火和降温效率，实现集约化高效率注氮，而且还有 利于改善井下局部环境的空气质量，具有广泛的实用性。
较佳地，如图1-3所示，管路主体部71由多个U形管710顺次连接 形成。多个U形管710依次连接，布置在液氮气化装置3，增加了液氮 在液氮气化装置3内的行程，提高了气化效果，并利于在气化过程中降 低环境温度。
较佳地，如图1所示，排风扇4通过连接管42与待防灭火区100的 井下压风系统(图中未示出)连通。利用井下压风系统提供动力，提高 周围环境与液氮的热量交换效率。由于排风扇4将井内的高温气体排 出，与液氮进行热量交换，大大地降低了井下周围环境的温度，缩短了 防灭火周期。
由此，该排风扇4具有如下两种功能：
当排风扇4没有与待防灭火区100的井下压风系统连通时，其排出 的风用于对管路主体部71内的液氮进行降温或保持在液氮气化时所需温 度。
当排风扇4与待防灭火区100的井下压风系统连通时，其将井下高 温气体排出，与管路主体部71内的液氮进行热量交换，大大降低了周围 环形或井下环境的温度。
较佳地，如图4-5所示，液氮气化装置3上设置有通过通气管道41 连接在一起的至少两个排风扇4，通气管道41与连接管42连接。
通过设置至少两个排风扇4或多个排风扇4，提高了热量交换的效 率或降温效率。
该两个排风扇4或多个排风扇4通过通气管道41连接在一起，通气 管道41又通过通气直角管与连接管42连接。从而所有排风扇4中的所 能排出的风都由连接管42供给。
当连接管42与待防灭火区100的井下压风系统连通时，连接管42 将井下高温气体供给每个排风扇4排出，提高了液氮与环境之间进行热 量交换，大大降低了周围环形或井下环境的温度。
较佳地，如图1所示，第一供给管路6的末端具有多个喷嘴63，多 个喷嘴63朝向不同的方向布置，用于在待防灭火区100内朝向不同的方 向灌注液氮，提高防灭火效果。
较佳地，如图1所示，低温液体泵2和液氮气化装置3上均设置有 自锁支撑座8。该自锁支撑座8可以移动，便于根据需要将低温液体泵2 和液氮气化装置3移动至所需位置，例如待防灭火区100的井下，并可 以实现自锁，避免滑动造成管路断裂。
较佳地，如图1所示，为了方便控制，在第一供给管路6上设置有 第一压力表62；在第二供给管路7上位于低温液体泵2和液氮气化装置 3之间设置有第二压力表74，在第二供给管路7上位于第二供给管路7 的末端72与液氮气化装置3设置有第三压力表75。便于使用者通过第一 压力表62观察第一供给管路6内的压力，是否满足液氮管柱所需压力。 也便于使用者通过观察第三压力表75和第二压力表74之间的压力差， 是否满足气氮防灭火所需的压力。
综上，本发明提供的矿用液氮防灭火装置，集液氮灭火、气氮灭火 和降温功能于一体。可实现液氮高效防灭火的优势，同时由于液氮气化 成为气氮，吸收大量热量，能够实现在工作空间、采空区降温的功能， 并可采用气氮进行惰性防灭火，高效利用液氮了在煤矿井下降温和防灭 火的优势。
本发明一实施例还提供一种采用上述矿用液氮防灭火装置进行防灭 火的使用方法，其包括如下步骤：步骤1：打开主控制阀51。
步骤2：若使用液氮进行防灭火，则开启第一供给管路6上的第一 控制阀61，液氮经由第一供给管路6喷出，以进行防灭火；
若使用气氮进行防灭火，则开启第二供给管路7上的第二控制阀 73，液氮从低温液体泵2流入第二供给管路7内，并在液氮气化装置3 内气化，液氮气化为气氮，同时，排风扇4对管路主体部71进行降温， 气氮经第二供给管路7的末端72喷出，以进行防灭火。
较佳地，若既需要使用液氮进行防灭火，又需要使用气氮进行防灭 火，则保持开启第一控制阀61和第二控制阀73。使第一供给管路6喷出 液氮，第二供给管路喷出气氮，进行防灭火，提高了灭火效率，满足了 不同的需求。
根据需要，可以将上述各技术方案进行结合，以达到最佳技术效 果。
以上所述的仅是本发明的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本 领域的普通技术人员来说，在本发明原理的基础上，还可以做出若干其 它变型，也应视为本发明的保护范围。